برای اولین بار، دانشمندان با موفقیت یک تراشه حافظه کاملاً کاربردی را با استفاده از مواد دوبعدی ساخته و آن را مستقیماً بر روی یک دای سیلیکونی معمولی ادغام کرده‌اند — یک نقطه عطف که می‌تواند نحوه ساخت نیمه‌رساناها در آینده را تغییر دهد. این تحقیق که توسط چونسن لیو و همکارانش در دانشگاه فودان شانگهای رهبری شده است، در تاریخ ۹ اکتبر در مجله Nature منتشر شد.

این تحقیق ممکن است نقطه عطفی برای الکترونیک دوبعدی باشد که مدت‌هاست عملکرد و کارایی در مقیاس اتمی را نوید می‌داد اما برای فراتر رفتن از نمایش‌های آزمایشگاهی با چالش مواجه بود. محققان با استفاده از فرآیندی که تیم آن را ATOM2CHIP می‌نامد، لایه‌ای از دی‌سولفید مولیبدن به ضخامت چند اتم را مستقیماً بر روی یک تراشه سیلیکونی CMOS معمولی ۰.۱۳ میکرومتری رشد دادند. نتیجه یک تراشه هیبریدی است که آرایه حافظه فلش NOR دوبعدی را با یک کنترلر CMOS استاندارد ترکیب می‌کند و به طور موثر شکاف بین نانومواد تجربی و ساخت استاندارد صنعتی را پر می‌کند.

تیم فودان بازدهی ۹۴.۳۴ درصدی را از آزمایش کامل تراشه گزارش می‌کند — رقمی که با تولید تجاری سیلیکون رقابت می‌کند — و سرعت عملیاتی تا پنج مگاهرتز. هر بیت تنها ۰.۶۴۴ پیکوژول مصرف می‌کند که بسیار کمتر از مصرف انرژی سلول‌های فلش سیلیکونی امروزی است. این حافظه برنامه‌ریزی و پاک‌سازی سریع ۲۰ نانوثانیه‌ای، نگهداری داده به مدت ده سال و دوام بیش از ۱۰۰,۰۰۰ چرخه نوشتن را نشان داد.

برای دستیابی به این مهم، محققان مجبور بودند بر چالش ناهمواری سطح غلبه کنند. تراشه‌های سیلیکونی، حتی پس از پولیش، دارای ناهمواری‌هایی در مقیاس نانومتر هستند که می‌توانند لایه‌های اتمی نازک را پاره یا تحت فشار قرار دهند. روش ATOM2CHIP یک فرآیند چسبندگی هم‌شکل را معرفی کرد که به ماده دوبعدی اجازه می‌دهد تا بدون شکستگی بر روی خطوط مدارهای زیرین “جریان یابد”، در حالی که یک سیستم بسته‌بندی سازگار با مواد دوبعدی از آسیب‌های حرارتی و الکترواستاتیکی محافظت می‌کند.

به همان اندازه حیاتی، “طراحی سیستم چند پلتفرمی” تیم بود، یک رابط سفارشی که اطمینان می‌داد لایه دوبعدی می‌تواند به طور یکپارچه با منطق کنترل CMOS ارتباط برقرار کند. این طراحی عملیات مبتنی بر دستورالعمل، موازی‌سازی ۳۲ بیتی و دسترسی تصادفی، یا به عبارت دیگر، یک تراشه حافظه با قابلیت کامل را امکان‌پذیر می‌سازد.

در مقاله خود، نویسندگان این نتیجه را “یک نقطه عطف مهم در گسترش برتری الکترونیک دوبعدی به کاربردهای دنیای واقعی” توصیف می‌کنند. پیامدهای آن فراتر از ذخیره‌سازی فلش است. در صورت مقیاس‌پذیری، چنین معماری‌های هیبریدی می‌توانند مصرف برق را به شدت کاهش داده و چگالی را در پردازنده‌های نسل بعدی و پردازنده‌های هوش مصنوعی افزایش دهند و به طور موثر قانون مور را در حد اتمی ادامه دهند. در حالی که تولید انبوه هنوز سال‌ها فاصله دارد، این نزدیک‌ترین حالتی است که مواد دوبعدی به اهمیت تجاری رسیده‌اند.

ما را در Google News دنبال کنید، یا ما را به عنوان منبع ترجیحی خود اضافه کنید، تا آخرین اخبار، تحلیل‌ها و بررسی‌های ما را در فیدهای خود دریافت کنید.